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第21讲 电化学基础,考纲导视,考点一,原电池 化学电源 【基础梳理】,一、原电池,化学能,电能,1.概念：把_转化为_的装置。 2.构成条件。 (1)两个_电极。,(2)将两个电极插入_中。 (3)用导线连接电极形成_。,闭合回路,(4)具有自发进行的_。,活泼性不同的,电解质溶液,氧化还原反应,3.工作原理(以锌铜原电池为例)。,Zn,Cu,氧化反应,还原反应,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,二、化学电源,1.碱性锌锰干电池一次电池。,Zn2OH2e=Zn(OH)2,Pb 2e =,2.铅蓄电池二次电池。,PbO2Pb2H2SO4,PbSO4,3.氢氧燃料电池(碱性介质)。,能量利用率高、无污染、原料来源广泛等,2H24OH4e=,4H2O,O24e2H2O=,4OH,2H2O2=2H2O,【题组训练】 例 1分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是,(,)。,C.中 Fe 作负极，电极反应式为：Fe2e=Fe2,A.中 Mg 作负极，中 Fe 作负极 B.中 Mg 作负极，电极反应式为：Mg2e=Mg2,D.中 Cu 作正极，电极反应式为：O22H2O4e=4OH 解析：中 Mg 不与NaOH 溶液反应，而 Al 能和NaOH 溶 液反应失去电子，故 Al 是负极；中 Fe 在浓硝酸中钝化，Cu 和浓 HNO3 反应失去电子作负极，A、B、C 错。 答案：D,归纳总结,原电池正、负极判断方法,说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与 电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。,例 2(2014 年全国模拟题组合)铜锌原电池工作时，下列叙,述正确的是(,)。,A.正极反应为：Zn2e=Zn2 B.电池反应为：ZnCu2=Zn2Cu C.在外电路中，电子从正极流向负极 D.电池反应进行时，盐桥中的 K移向ZnSO4溶液,思路指导：正极发生还原反应，化合价降低；负极发生氧,化反应，化合价升高。,解析：根据题给原电池，锌片为原电池的负极，电极反应,Cu22e=Cu，电池反应为：ZnCu2=Zn2Cu；在外,电路中，电子由负极经导线流向正极，电流是由正极流向负极；,锌片中的 Zn 失去电子生成 Zn2，带正电荷的Zn2进入ZnSO4 溶液，为保持溶液电中性，盐桥中的 Cl移向ZnSO4溶液。所 以选项 B 正确，A、C、D 错误。,答案：B,为：Zn2e=Zn2，铜片为原电池的正极，电极反应为：,易错警示,在原电池中，外电路由电子定向移动导电，电子总是从负 极流出，流入正极；内电路由离子的定向移动导电，阳离子向 正极移动，阴离子向负极移动。,原电池，负极材料是 Cu，电极反应式为：Cu2e=Cu2,例 3下列说法正确的是(,)。,A.用导线将金属 A 和石墨棒连接后插入稀硫酸中，一段时 间后观察到 A 极溶解，则说明 A 是正极。 B.向稀硫酸溶液中滴加少量硫酸铜溶液，会减慢锌和硫酸 反应制取氢气的速率。,D.甲 醇 燃 料 电 池 总 反 应 式 为：2CH3OH3O24OH,C.根据反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的,电子,解析：A 极溶解，则说明 A 的活泼性强，作负极，A 项错 误；向溶液中加少量硫酸铜溶液，形成铜-锌原电池加快反应的 进行速率，B项错误；根据总反应式可知，每生成1 mol CH3OH 时，C 元素的化合价由4 降低到2，转移 6 mol 电子，D 项 错误。,答案：C,归纳总结,原电池原理的应用,(1)比较不同金属的活动性强弱。,根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性 强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。,(2)加快化学反应速率。,原电池可以加快化学反应速率。如锌和稀硫酸反应制取氢 气时，可向溶液中滴加少量硫酸铜，形成铜-锌原电池，加快反 应的进行速率。,(3)设计制作化学电源。,设计原电池时要紧扣原电池的四个条件。具体方法是： 首先将氧化还原反应拆成两个半反应，即氧化反应和还,原反应。,结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。 按要求画出原电池装置图。,例 4把适合题意的图象填在横线上(填序号)。,A,B,C,D,(1)将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸，同 时向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液，产生 H2 的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是_。 (2)将过量的两份锌粉 a、b 分别加入定量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液，产生 H2 的体积 V(L)与时间 t(min) 的关系是_。,(3)将(1)中的 CuSO4 溶液改成 CH3COONa 溶液，其他条件,不变，则图象是_。,解析：加入 CuSO4 溶液，Zn 置换出 Cu，形成原电池，加,中由于 H2SO4 定量，产生 H2 的体积一样多；(3)当把 CuSO4 溶,图象正确。,答案：(1)A (2)B (3)C,快反应速率。(1) a 中一部分 Zn 与 Cu2反应，H2 体积减小；(2),液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COOH=CH3COOH，,a中c(H)减少，反应速率减小，但生成H2的体积不变，所以C,考点二,电解池,【基础梳理】,一、电解原理,电流,阴阳两极,氧化还原反应,1.电解：使_通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在 _引起_的过程。,2.电解池。 (1)概念：把电能转化为化学能的装置。 (2)构成：直流电源、电极、电解质、闭合回路。 (3)电极名称及电极反应式(如下图)。,阳极,氧化,2Cl2e=Cl2,阴极,还原,Cu22e=Cu,(4)电子和离子的移动方向。,3.两极放电顺序。,(1)若阳极为活泼金属(金属活动性顺序表 Pt 之前金属)，则 金属失电子，电极被溶解；若是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则,OH含氧酸根离子F。,(2)在阴极，阳离子放电，顺序与金属活动性顺序表相反：,NaCa2K。,溶液中阴离子失电子，阴离子放电顺序：S2IBrCl,AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2,方法技巧,阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液 (或熔融电解质)中的阳离子放电。最常用、最重要的放电顺 序是：阳极：ClOH；阴极：AgCu2H。电解水溶液 时，KAl3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方 法得到 K、Ca、Na、Mg、Al 等金属。,二、电解原理的应用 1.电解饱和食盐水。,氢气,氯气,烧碱,2Cl2e=Cl2,2H2e=H2,2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2,2.电镀或电解精炼铜。,阴极,阳极,Cu2e=Cu2,Cu22e=Cu,3.冶炼金属(以冶炼 Na 为例)。,钠、镁、铝,2Cl2e=Cl2,2Na2e=2Na,2NaCl(熔融) 2NaCl2,【题组训练】 例 5(2014 年广东高考)某同学组装了如下图所示的电化学,)。,装置，电极为 Al，其他电极均为 Cu，则( A.电流方向：电极电极 B.电极发生还原反应 C.电极逐渐溶解 D.电极的电极反应：Cu22e=Cu,思路指导：无明显外接电源的电解池的串联问题，主要是 根据原电池的形成条件判断电源的正负极，从而判断电解池的 阴阳极。,解析：由题意可知，该装置的、是原电池的两极， 是负极，是正极，、电解池的两极，其中是阳极， 是阴极，所以电流方向：电极电极，A 项正确；电极 是原电池的负极，发生氧化反应，B 项错误；电极是原电池 的正极，发生还原反应，有Cu 析出，C 项错误；电极是阳极，,答案：A,发生氧化反应，电极反应是Cu2e=Cu2，D项错误。,例 6按要求书写电极反应式和总方程式。 (1)用惰性电极电解 CuSO4 溶液。,阳极反应式：_； 阴极反应式：_； 总反应离子方程式：_。 (2)用铁作电极电解 NaCl 溶液。,阳极反应式：_； 阴极反应式：_； 总化学方程式：_。,(2) Fe2e=Fe2,答案：(1) 4OH4e=O22H2O 2Cu24e=2Cu,2CuSO42H2O,CuO22H2SO4,Fe2H2O,Fe(OH)2H2,2H2e=H2,解题模型,电解电极反应式的书写,(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼,电极。,(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两,(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。,(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注,意遵循原子守恒和电荷守恒。,(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。,组(不要忘记水溶液中的H和OH)。,例 7(1)在 298 K 时，1 mol CH4 在氧气中完全燃烧生成二 氧化碳和液态水，放出热量 890.0 kJ。写出该反应的热化学方程 式：_。现有 CH4 和 CO 的混合 气体 0.75 mol，完全燃烧后，生成 CO2 气体和 18 g 液态水，并 放出 515 kJ 热量，则 CH4 和 CO 的物质的量分别为_、 _mol。,(2)利用该反应设计一个燃料电池：用氢氧化钾溶液作电解 质溶液，多孔石墨作电极，在电极上分别通入甲烷和氧气。通 入甲烷气体的电极应为_极(填“正”或“负”)，该电极 上发生的电极反应是_(填字母代号)。,(2)在右图所示实验装置中，石墨棒上 的电极反应式为：_,_；如果起始时盛有 1000 mL pH5 的硫酸铜溶液(25 ，CuSO4 足量)，一段 时间后溶液的 pH 变为 1，此时可观察到的,现象是_；若要使溶液恢 复到起始浓度(温度不变，忽略溶液体积的变化)，可向溶液中 加入_(填物质名称)，其质量约为_。 解析：(1)1 mol C2H6 在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液 态水，放出热量1 558.3 kJ，根据书写热化学方程式的要求写出,热化学方程式即可。18 g 液态水的物质的量,18 g 18 gmol1,1 mol2 4,0.5 mol，故,1 mol，根据 H 原子守恒可知 n(CH4) n(CO)0.75 mol0.5 mol0.25 mol。,(2)用氢氧化钾溶液作电解质溶液，多孔石墨作电极，在电 极上分别充入甲烷和氧气，甲烷在负极发生氧化反应，氧气在 正极发生还原反应，在强碱溶液中负极的电极反应式为：CH4 (3)由装置中的电子流向判断石墨为阳极，铁为阴极，电解,质溶液中的氢氧根离子在阳极放电，电极反应式为 2H2O4e,盛有 1000 mL pH5 的硫酸铜溶液(25 )(CuSO4 足量)，一段时 间后溶液的 pH 变为 1，根据 pH 的变化可知 c(H)近似增加了,8e10OH=CO7H2O。,=4HO2；阴极电极反应式为Cu22e=Cu。起始时,式2CuSO42H2O,2Cu2H2SO4O2可知，该过程中溶液,损失了 0.05 mol Cu 和0.025 mol O2，若要使溶液恢复到起始浓 度(忽略溶液体积的变化)，这需要加入0.05 mol Cu 和0.05 mol O， 即 0.05 mol 氧化铜或碳酸铜等，需要氧化铜的质量,1011050.1 molL1，即生成的硫酸为0.05 mol。结合方程,0.05 mol80 gmol14 g；需要碳酸铜的质量0.05 mol,124 gmol16.2 g。,4H+),答案：(1) CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l),石墨电极表面有气泡产生，铁电极上附着一层红色物质，,溶液颜色变浅,氧化铜(或碳酸铜),4 g(或 6.2 g),H890.0 kJmol1 0.5 0.25 (2)负 b,(3)4OH4e=O22H2O(或2H2O4e=O2,规律总结,电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的 原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些 原子。,例 8空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧 燃料电池(RFC), RFC 是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术 相结合的可充电电池。下图为 RFC 工作原理示意图，有关说法,正确的是(,)。,A.当有0.1 mol电子转移时，a极产生1.12 L O2(标准状况下) B.b极上发生的电极反应是：4H2O4e=2H24OH C.c极上发生的电极反应是：O24H4e=2H2O D.d极上进行还原反应，B中的H可以通过隔膜进入A池,答案：C,解析：由装置图分析可知，左边装置为电解池，右边装置为燃料电池。电解池中，由电源判断a为阴极，发生还原反应：4H4e=2H2，a极转移0.1 mol电子时，产生0.05 mol H2，在标准状况下其体积为1.12 L，A项错误；b为阳极，发生氧化反应：4OH4e=2H2OO2，B项错误；燃料电池(原电池)中，电解质溶液是酸性溶液，c电极通入氧气，该电极为正极，得到电子，发生还原反应：O24H4e=2H2O，C项正确；d电极通入氢气，为负极，失电子，发生氧化反应：2H24e=4H，D项错误。,考点三,金属的电化学腐蚀与防护 【基础梳理】,1.金属的腐蚀。,氧化还原,金属被氧化,金属与周围的气体或液体物质发生_反应而引起 损耗的现象。金属腐蚀的本质：_。 (1)化学腐蚀：金属与接触的物质直接发生_而引,起的腐蚀。,化学反应,原电池,(2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触发生_,反应，较活泼的金属被氧化的腐蚀。,同时,电化学,(3)两种腐蚀往往_发生，但_腐蚀更普遍， 速度快，危害更重。,2.电化学腐蚀的分类(以铁的腐蚀为例)。,Fe2e=Fe2,2Fe4e=2Fe2,O24e2H2O=4OH,呈中性或弱酸性,2H2e=H2,呈酸性,吸氧,Fe2H=Fe2H2,2FeO22H2O=,2Fe(OH)2,3.金属的防护方法。 (1)加防护层，如_,_。,等(合理即可),(2)改变_，如将普通钢制成,不锈钢。,金属的内部结构,(3)电化学保护法。 牺牲负极的正极保护法利用_原理，_极 被保护。如在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼的金属如锌，,让被保护的金属作原电池的正极。,原电池,外加电流的阴极保护法利用_原理，_极 被保护。如用被保护的钢铁设备作阴极，惰性电极作阳极，外,接直流电源。,电解池,涂油漆、覆盖陶瓷、电镀、金属钝化,正,阴,下列有关描述错误的是( )。,【题组训练】 例 9如右下图装置中，U 型管内为红墨水，a、b 试管内分 别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。,A.生铁块中的碳是原电池的正极 B.红墨水柱两边的液面变为左低右高 C.两试管中相同的电极反应式是：Fe2e=Fe2 D.a 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析氢腐蚀,解析：a 试管中食盐水为中性，发生了吸氧腐蚀，压强减 小；b 试管中氯化铵溶液为酸性，发生了析氢腐蚀，压强增大， 所以红墨水柱两边的液面变为左高右低。,答案：B,例 10下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护,法的是(,)。,A.水中的钢闸门连接电源的负极 B.金属护栏表面涂漆 C.汽水底盘喷涂高分子膜 D.地下钢管连接镁块,解析：水中的钢闸门连接电源负极作阴极，得电子被保护， 所以属于使用外加电流的阴极保护法，故 A 正确；对健身器材 涂油漆使金属和空气、水等物质隔离而防止生锈，没有连接外 加电源，故 B 错误；汽车底盘喷涂高分子膜阻止了铁与空气、 水的接触，从而防止金属铁防锈，没有连接外加电源，故 C 错 误；镁的活泼性大于铁，用牺牲镁块的方法来保护船身而防止 铁被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法，故 D 错误。,答案：A,例 11对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。,(1)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极 的原因是_ _。 (2)利用上图装置，可以模拟铁的电化学防护。若 X 为碳棒， 为减缓铁的腐蚀，开关 K 应置于_处。若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，该电化学防护法称为_。,解析：(1)电镀时若用石墨作阳极，则电解过程中电解液中 Cu2浓度不断减小，导致铁表面不能镀上均匀的铜。(2)若 X 为 碳棒，则只能用外加电源的阴极保护法，此时开关 K 应置于 N 处。若 X 为 Zn，K 置于 M 处，其保护原理称为牺牲负极的正 极保护法。,定,(2)N 牺牲负极的正极保护法,答案：(1)补充溶液中消耗的Cu2，保持溶液中Cu2浓度恒,思维模型,盐桥原电池专题突破,1.盐桥的组成和作用。 (1)盐桥中装有饱和的 KCl、KNO3 等溶液和琼脂制成的胶 冻。 (2)盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电 荷，使原电池不断产生电流。,2.单池原电池和盐桥原电池的对比。,负极(Zn)：Zn2e=Zn2 正极(Cu)：Cu22e=Cu 总反应：ZnCu2=CuZn2,(续表),典例1根据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2 (aq),2Ag(s)设计的原电池如下图所示，其中盐桥内装琼脂-饱和 KNO3 溶液。,请回答下列问题：,(1)电极 X 的材料是_；电解质溶液 Y 是_。,2Ag2e=2Ag Cu2e=Cu2,(2)银电极为电池的_极，写出两电极的电极反应式： 银电极：_； X 电极：_。 (3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。 (4)盐桥中向 CuSO4 溶液中迁移的离子是_(填序号)。,(5)其中 CuSO4 溶液能否被稀硫酸溶液代替？_(填 “能”或“否”，下同)；Ag 电极能否被石墨代替？_。 答案：(1)Cu AgNO3 溶液,(2)正,(3)Cu,Ag,(4)B (5)能,能,应用 1(2013 年广东高考节选)能量之间可以相互转化：电 解食盐水制备 Cl2 是将电能转化为化学能，而原电池可将化学 能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。 限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁,片，锌片和导线。,(1)完成原电池的装置示意图(见下图)，并作相应标注。 要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。,(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一 个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极 _。,(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的 是_，其原因是_ _。,答案：(1)装置图如下：,或,或,(2)电极逐渐溶解，电极上有红色物质析出,(3)甲,可以避免活泼金属和 CuSO4 接触发生置换反应，,从而提供稳定电流,易错警示,电化学装置图常见失分点,(1)不注明电极材料名称或元素符号。 (2)不画出电解质溶液(或画出但不标注)。 (3)误把盐桥画成导线。 (4)不能连成闭合回路。,思维模型,原电池电极反应式的书写,1.“加减法”书写电极反应式。 (1)先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并 标出电子的得失。 (2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子 是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极 反应式。 (3)在电子守恒的基础上正负极反应式相加得到电池反应 的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写 的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减 去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的 电极反应式。,典例 2Li-SOCl2 电池可用于心脏起搏器。该电池的电极 材料分别为锂和碳，电解液是 LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可 表示为：4Li2SOCl2=4LiClSSO2。 请回答下列问题： (1) 电池的负极材料为_ ，发生的电极反应为： _。 (2)电池正极发生的电极反应为：_ _。,2.燃料电池电极反应式的书写。 第一步：写出电池总反应式。,燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电,解质反应则总反应为加合后的反应。,例如：氢氧燃料电池的总反应式为：2H2O2=2H2O； 甲烷燃料电池(电解质溶液为 NaOH 溶液)的反应式为： CH42O2=CO22H2O ,CO22NaOH=Na2CO3H2O ,式式得燃料电池总反应式为：CH42O22NaOH,=Na2CO33H2O。,第二步：写出电池的正极反应式。,根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质 都是 O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，因此， 我们只要熟记以下四种情况：,(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：,(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：,O24H4e=2H2O。,O22H2O4e=4OH,(3)固体电解质(高温下能传导 O2 ) 环境下电极反应式：,(4)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3) 环境下电极反应式：,第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极,反应式。,根据第一、二步写出的反应，可得：电池的总反应式电 池正极反应式电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时， 要约去正极的反应物 O2。,O24e=2O2。,O22CO24e=2CO。,典例 3以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极,反应式的书写方法：,(1)酸性条件。,燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O 燃料电池正极反应式：O24H4e=2H2O ,2，得燃料电池负极反应式：_,_。,燃料电池正极反应式：O24e=2O2,(2)碱性条件。 燃料电池总反应式：CH42O22NaOH=Na2CO3,3H2O,燃料电池正极反应式：O22H2O4e=4OH,2，得燃料电池负极反应式：_ _。 (3)固体电解质(高温下能传导 O2)。 燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O ,2，得燃料电池负极反应式：_ _。,反应式：O22CO24e=,(4)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下。,电池总反应式：CH42O2=CO22H2O,。正极电极,。2 得负极电,极反应式：_。,答案：(1)CH48e2H2O=CO28H (2)CH410OH8e=CO32-7H2O (3)CH44O28e=CO22H2O (4)CH44CO32-8e=5CO22H2O,应用 2(1)根据氧化还原反应：2H2O2=2H2O，设计 成燃料电池，负极通的气体应是_，正极通的气体应是 _。,(2)根据选择电解质溶液的不同，填写下表：,(3)若把 H2 改为 CH4，KOH 作电解质，则正极反应式为：,_。,解析：(1)氢、氧燃料电池中通可燃性气体(H2)的一极为负,极，通 O2 的一极为正极。,(2)若以 H2SO4 作电解质溶液，其电极反应式为： 负极：2H24e=4H；,正极：O24e4H=2H2O。,反应过程中生成水，溶液中c(H)减小，pH 增大，若以KOH,溶液作电解质溶液，其电极反应式为：,负极：2H24OH4e=4H2O； 正极：2H2OO24e=4OH。,反应过程中生成水，溶液中 c(OH)减小，pH 减小。 (3)若把 H2 改为 CH4，KOH 作电解质溶液时其正极反应式,不变。,答案：(1)H2 O2,(2),(3)2H2OO24e=4OH,
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